Cellulose-ether op epoxyhars

Katoenafval en zaagsel worden als grondstof gebruikt en gehydrolyseerd tot alkalicellulose-etheronder invloed van 18% alkali en een reeks additieven. Gebruik vervolgens epoxyhars voor het enten, de molaire verhouding van epoxyhars en alkalivezel is 0,5:1,0, de reactietemperatuur is 100°C, de reactietijd is 5,0 uur, de katalysatordosering is 1% en de veretheringsentsnelheid is 32%. De verkregen epoxycellulose-ether wordt gemengd met 0,6 mol Cel-Ep en 0,4 mol CAB om een ​​nieuw coatingproduct met goede prestaties te synthetiseren. De productstructuur werd bevestigd met IR.

Trefwoorden:cellulose-ether; synthese; TAXI; coating eigenschappen

Cellulose ether is een natuurlijk polymeer, dat wordt gevormd door condensatie vanβ-glucose. Cellulose heeft een hoge polymerisatiegraad, een goede oriëntatiegraad en een goede chemische stabiliteit. Het kan worden verkregen door cellulose chemisch te behandelen (verestering of verethering). Deze producten, een reeks cellulosederivaten, worden veel gebruikt in kunststoffen, biologisch afbreekbare lunchboxen, hoogwaardige autocoatings, auto-onderdelen, drukinkten, lijmen, enz. Momenteel komen er voortdurend nieuwe gemodificeerde cellulosevariëteiten op, en de toepassingsgebieden zijn zich voortdurend uitbreidend en geleidelijk een vezelindustriesysteem vormend. Dit onderwerp gaat over het gebruik van zaagsel of afvalkatoen dat door loog tot korte vezels wordt gehydrolyseerd en vervolgens chemisch wordt geënt en gemodificeerd om een ​​nieuw type coating te vormen dat niet in het document is vermeld.

1. Experimenteer

1.1 Reagentia en instrumenten

Afvalkatoen (gewassen en gedroogd), NaOH, 1,4-butaandiol, methanol, thioureum, ureum, epoxyhars, azijnzuuranhydride, boterzuur, trichloorethaan, mierenzuur, glyoxal, tolueen, CAB, enz. (Zuiverheid is CP-kwaliteit) . De Magna-IR 550 infraroodspectrometer geproduceerd door Nicolet Company uit de Verenigde Staten werd gebruikt om de monsters te bereiden door middel van oplosmiddeltetrahydrofurancoating. Tu-4 viscometer, FVXD3-1 type zelfgestuurde elektrische roerreactieketel met constante temperatuur, geproduceerd door Weihai Xiangwei Chemical Machinery Factory; rotatieviscosimeter NDJ-7, type Z-10MP5, geproduceerd door Shanghai Tianping Instrument Factory; het molecuulgewicht wordt gemeten aan de hand van de Ubbelohde-viscositeit; De voorbereiding en het testen van de verffilm moeten worden uitgevoerd volgens de nationale norm GB-79.

1.2 Reactieprincipe

1.3 Synthese

Synthese van epoxycellulose: Voeg 100 g gehakte katoenvezels toe aan een zelfregelende elektrische roerreactor met constante temperatuur, voeg een oxidatiemiddel toe en laat 10 minuten reageren, voeg vervolgens alcohol en alkali toe om een ​​loog te maken met een concentratie van 18%. Voeg versnellers A, B, etc. toe voor impregnering. Reageer bij een bepaalde temperatuur onder vacuüm gedurende 12 uur, filter, droog en weeg 50 g alkalische cellulose, voeg gemengd oplosmiddel toe om een ​​slurry te maken, voeg katalysator en epoxyhars met specifiek molecuulgewicht toe, verwarm tot 90 ~ 110℃voor veretheringsreactie 4,0 ~ 6,0 uur totdat de reactanten mengbaar zijn. Voeg mierenzuur toe om overtollig alkali te neutraliseren en te verwijderen, scheid de waterige oplossing en het oplosmiddel, was met 80℃heet water om natriumzout te verwijderen en droog te maken voor later gebruik. De intrinsieke viscositeit werd gemeten met een Ubbelohde-viscosimeter en het viscositeitsgemiddelde molecuulgewicht werd berekend volgens de literatuur.

Acetaatbutylcellulose wordt bereid volgens de methode uit de literatuur, weegt 57,2 g geraffineerd katoen, voegt 55 g azijnzuuranhydride, 79 g boterzuur, 9,5 g magnesiumacetaat en 5,1 g zwavelzuur toe, gebruikt butylacetaat als oplosmiddel en reageert bij een bepaalde temperatuur totdat het gekwalificeerd is, geneutraliseerd door toevoeging van natriumacetaat, neergeslagen, gefilterd, gewassen, gefilterd en gedroogd voor later gebruik. Neem Cel-Ep, voeg de juiste hoeveelheid CAB en een specifiek gemengd oplosmiddel toe, verwarm en roer gedurende 0,5 uur om een ​​uniforme dikke vloeistof te vormen, en de voorbereiding van de coatingfilm en de prestatietest volgen de GB-79-methode.

Bepaling van de mate van verestering van celluloseacetaat: los eerst celluloseacetaat op in dimethylsulfoxide, voeg een afgemeten hoeveelheid alkalioplossing toe om te verwarmen en te hydrolyseren, en titreer de gehydrolyseerde oplossing met NaOH-standaardoplossing om het totale alkaliverbruik te berekenen. Bepaling van het watergehalte: Plaats het monster in een oven op 100~105°C om 0,2 uur te drogen, weeg en bereken de wateropname na afkoeling. Bepaling van de alkali-absorptie: weeg een kwantitatief monster, los het op in heet water, voeg methylvioletindicator toe en titreer vervolgens met 0,05 mol/l H2SO4. Bepaling van de expansiegraad: Weeg een monster van 50 g, plet het en plaats het in een maatbuis, lees het volume af na elektrische trillingen en vergelijk het met het volume niet-alkalisch cellulosepoeder om de expansiegraad te berekenen.

2. Resultaten en discussie

2.1 De relatie tussen de alkaliconcentratie en de zwellingsgraad van cellulose

De reactie van cellulose met een bepaalde concentratie NaOH-oplossing kan de regelmatige en ordelijke kristallisatie van cellulose vernietigen en de cellulose doen opzwellen. En in loog treden verschillende afbraakproducten op, waardoor de polymerisatiegraad afneemt. Experimenten tonen aan dat de mate van zwelling van cellulose en de hoeveelheid alkalibinding of adsorptie toenemen met de concentratie van alkali. De mate van hydrolyse neemt toe met de stijging van de temperatuur. Wanneer de alkaliconcentratie 20% bereikt, bedraagt ​​de hydrolysegraad 6,8% bij t=100°C; de hydrolysegraad bedraagt ​​14% op t=135°C. Tegelijkertijd laat het experiment zien dat wanneer de alkali meer dan 30% bedraagt, de mate van hydrolyse van de splitsing van de celluloseketen aanzienlijk wordt verminderd. Wanneer de alkaliconcentratie 18% bereikt, zijn het adsorptievermogen en de zwelgraad van water maximaal, de concentratie blijft stijgen, daalt scherp naar een plateau en verandert dan gestaag. Tegelijkertijd is deze verandering behoorlijk gevoelig voor de invloed van temperatuur. Onder dezelfde alkaliconcentratie, wanneer de temperatuur laag is (<20°C), de zwelgraad van cellulose is groot en de adsorptiehoeveelheid water is groot; bij hoge temperaturen zijn de zwelgraad en de hoeveelheid wateradsorptie aanzienlijk. verminderen.

Alkalivezels met verschillend watergehalte en alkaligehalte werden bepaald met behulp van röntgendiffractieanalysemethode volgens de literatuur. In de praktijk wordt 18%~20% loog gebruikt om een ​​bepaalde reactietemperatuur te regelen om de zwelgraad van de cellulose te verhogen. Experimenten tonen aan dat de cellulose die reageert door 6 tot 12 uur te verwarmen, kan worden opgelost in polaire oplosmiddelen. Op basis van dit feit denkt de auteur dat de oplosbaarheid van cellulose een beslissende rol speelt in de mate van vernietiging van waterstofbruggen tussen cellulosemoleculen in het kristallijne segment, gevolgd door de mate van vernietiging van waterstofbruggen van intramoleculaire glucosegroepen C3-C2. Hoe groter de mate van vernietiging van waterstofbruggen, hoe groter de mate van zwellen van de alkalivezel, en de waterstofbrug wordt volledig vernietigd, en het uiteindelijke hydrolysaat is een in water oplosbare substantie.

2.2 Effect van versneller

Het toevoegen van alcohol met een hoog kookpunt tijdens de alkalisatie van cellulose kan de reactietemperatuur verhogen, en het toevoegen van een kleine hoeveelheid drijfgas, zoals lagere alcohol en thioureum (of ureum), kan de penetratie en zwelling van cellulose aanzienlijk bevorderen. Naarmate de concentratie van alcohol toeneemt, neemt de alkalische absorptie van cellulose toe, en er is een plotseling veranderingspunt wanneer de concentratie 20% is, wat kan zijn dat de monofunctionele alcohol in de cellulosemoleculen doordringt om waterstofbruggen met cellulose te vormen, waardoor de cellulose wordt verhinderd. moleculen De waterstofbruggen tussen ketens en molecuulketens verhogen de mate van wanorde, vergroten het oppervlak en verhogen de hoeveelheid alkali-adsorptie. Onder dezelfde omstandigheden is de alkali-absorptie van houtsnippers echter laag en verandert de curve in een fluctuerende toestand. Het kan verband houden met het lage cellulosegehalte in houtsnippers, dat een grote hoeveelheid lignine bevat, wat de penetratie van alcohol belemmert, en een goede waterbestendigheid en alkalibestendigheid heeft.

2.3 Verethering

Voeg 1% B-katalysator toe, controleer verschillende reactietemperaturen en voer veretheringsmodificatie uit met epoxyhars en alkalivezels. De veretheringsreactieactiviteit is laag bij 80°C. De entsnelheid van Cel bedraagt ​​slechts 28% en de veretheringsactiviteit is bijna verdubbeld bij 110%.°C. Rekening houdend met de reactieomstandigheden, zoals het oplosmiddel, is de reactietemperatuur 100°C°C, en de reactietijd is 2,5 uur, en de entsnelheid van Cel kan 41% bereiken. Bovendien is in de beginfase van de veretheringsreactie (<1,0 uur) vanwege de heterogene reactie tussen alkalicellulose en epoxyhars de entsnelheid laag. Met de toename van de Cel-veretheringsgraad verandert het geleidelijk in een homogene reactie, dus de reactie De activiteit nam scherp toe en de entsnelheid nam toe.

2.4 Relatie tussen celtransplantatiesnelheid en oplosbaarheid

Experimenten hebben aangetoond dat na het enten van epoxyhars met alkalicellulose de fysische eigenschappen zoals productviscositeit, hechting, waterbestendigheid en thermische stabiliteit aanzienlijk kunnen worden verbeterd. Oplosbaarheidstest Het product met Cel-entpercentage <40% kan worden opgelost in lagere alcoholester, alkydhars, polyacrylzuurhars, acrylpimaarzuur en andere harsen. Cel-Ep-hars heeft een duidelijk oplosbaar makend effect.

Gecombineerd met de coatingfilmtest hebben de mengsels met een entpercentage van 32% ~ 42% over het algemeen een betere compatibiliteit, en de mengsels met een entpercentage van <30% hebben een slechte compatibiliteit en een lage glans van de coatingfilm; de entsnelheid is hoger dan 42%, de weerstand tegen kokend water, alcoholbestendigheid en bestendigheid tegen polaire organische oplosmiddelen van de coatingfilm zijn verminderd. Om de materiaalcompatibiliteit en coatingprestaties te verbeteren, heeft de auteur CAB toegevoegd volgens de formule in Tabel 1 om het verder oplosbaar te maken en te modificeren om de co-existentie van Cel-Ep en CAB te bevorderen. Het mengsel vormt een bij benadering homogeen systeem. De dikte van het samenstellingsgrensvlak van het mengsel heeft de neiging erg dun te zijn en probeert in de staat van nanocellen te verkeren.

2.5 Relatie tussen Cel—Ep/CAB-mengverhouding en fysische eigenschappen

Door Cel-Ep te mengen met CAB laten de coatingtestresultaten zien dat celluloseacetaat de coatingeigenschappen van het materiaal aanzienlijk kan verbeteren, vooral de droogsnelheid. Het pure bestanddeel van Cel-Ep is moeilijk te drogen bij kamertemperatuur. Na toevoeging van CAB vertonen de twee materialen een duidelijke complementariteit op het gebied van prestaties.

2.6 FTIR-spectrumdetectie

3. Conclusie

(1) Katoencellulose kan bij 80 opzwellen°C met >18% geconcentreerd alkali en een reeks additieven, verhoogt de reactietemperatuur, verlengt de reactietijd, verhoogt de mate van zwelling en afbraak totdat het volledig is gehydrolyseerd.

(2) Veretheringsreactie, de molaire cel-Ep-voedingsverhouding is 2, de reactietemperatuur is 100°C, de tijd is 5 uur, de katalysatordosering is 1% en de veretheringsentsnelheid kan 32% ~ 42% bereiken.

(3) Mengmodificatie, wanneer de molaire verhouding van Cel-Ep:CAB=3:2, de prestatie van het gesynthetiseerde product goed is, maar zuiver Cel-Ep kan niet als coating worden gebruikt, alleen als lijm.